張凡，王洪昌，黃家玉，束韞

中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012

近幾年，我國東中部頻繁出現(xiàn)灰霾現(xiàn)象，北京、廣州、上海等城市常年P(guān)M2.5的年平均濃度在60 ～110 μg/m3，遠(yuǎn)高于世界衛(wèi)生組織2006年10月發(fā)布的《全球空氣質(zhì)量指南》中PM2.5年平均濃度(10 μg/m3)，以及美國大氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中PM2.5年平均濃度(15 μg/m3)限值［1］。灰霾日益成為我國城市新的大氣環(huán)境污染，也帶來社會環(huán)境經(jīng)濟(jì)問題。

灰霾是由累計(jì)一定濃度的一次和二次PM2.5在一定的地理氣象條件下產(chǎn)生的結(jié)果。PM2.5的絕大部分產(chǎn)生自人類的生產(chǎn)生活，因此，控制灰霾主要是消減污染物的排放量。美國等發(fā)達(dá)國家，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)控制了灰霾發(fā)生，所以，可借鑒其經(jīng)驗(yàn)解決我國的灰霾問題［2-3］。通過分析美國控制灰霾的歷程，比較中美控制灰霾的基礎(chǔ)條件及采取灰霾治理措施的差異，得出美國控制灰霾的實(shí)質(zhì)是廢氣量和污染物的減排，進(jìn)而提出我國控制灰霾的策略。

1 美國控制灰霾經(jīng)驗(yàn)分析

發(fā)達(dá)國家和地區(qū)在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展時(shí)也曾出現(xiàn)灰霾，如1943年和1948年美國的“洛杉磯煙霧”和“多諾拉煙霧”事件，1952年英國的“倫敦?zé)熿F事件”，1962年德國的“魯爾區(qū)灰霾危機(jī)”等，各國在付出了幾十年的努力后，實(shí)現(xiàn)了控制灰霾的目標(biāo)。由于中美兩國的能源消耗總量相近，2012年兩國分別為3.62 ×109和3.15 ×109t(以標(biāo)煤計(jì))［4-5］，國土面積相當(dāng)，因此，可以參考美國的經(jīng)驗(yàn)，提出中國控制灰霾途徑。分析了從20 世紀(jì)50年代到21 世紀(jì)前10年，美國在能耗增加2.79 倍，GDP 增加6.62倍［4］條件下，為解決灰霾污染采取的主要措施，及中美之間的差異。

1.1 美國控制灰霾基礎(chǔ)條件及中美差異

1.1.1 產(chǎn)業(yè)區(qū)域布局差異

從美國工業(yè)區(qū)分布(圖1)看，美國主要有三大工業(yè)區(qū)，分別是五大湖(東北部)工業(yè)區(qū)、西雅圖(西部)工業(yè)區(qū)和休斯頓(南部)工業(yè)區(qū)。三大工業(yè)區(qū)間隔較遠(yuǎn)，其中間為畜牧及混合農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)，有利于污染物的擴(kuò)散。中國的工業(yè)區(qū)則主要集中連片在遼中南、長江三角洲、京津塘和珠江三角洲工業(yè)區(qū)等，都是人口、城鎮(zhèn)密集，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的重污染產(chǎn)業(yè)地區(qū)，雖然該區(qū)域只占國土面積的2.5%，在2012年卻消耗了全國總能源約36%［4］，單位面積污染物排放密度大且不易擴(kuò)散，助長了這些地區(qū)長期灰霾現(xiàn)象的發(fā)生。

1.1.2 氣候差異

風(fēng)和降雨都是降低灰霾發(fā)生的重要因素，但風(fēng)只是將局部地區(qū)的污染物吹散到其他地區(qū)，實(shí)質(zhì)是污染物的稀釋，而降雨才是降低PM10、PM2.5、SO2、NOx等的關(guān)鍵氣候因素。

圖1 中美兩國工業(yè)區(qū)分布示意［6-7］Fig.1 Industrial zone distribution map of China and the United States

從中美兩國年平均降雨量分布(圖2)看出，美國三大工業(yè)區(qū)年平均降雨量為1 000 mm 左右，利于消減PM10、PM2.5、SO2、NOx對灰霾的貢獻(xiàn);而中國的幾大工業(yè)區(qū)的降雨量分布極不均勻，遼中南工業(yè)區(qū)為500 mm 左右，京津塘工業(yè)區(qū)為630 mm 左右，長江三角洲工業(yè)區(qū)為900 mm 左右，珠江三角洲工業(yè)區(qū)為1 500 mm 左右，較低的降雨量不利于消減煙塵等污染物對灰霾的貢獻(xiàn)，因此易造成京津冀區(qū)域灰霾天氣的持續(xù)出現(xiàn)。

1.2 美國采取的具體措施及中美差異

1.2.1 能源結(jié)構(gòu)

從20 世紀(jì)50年代至2012年，美國總能耗增加了2.74 倍，但煤炭消耗僅增加了1.6 倍，石油天然氣和再生能源分別增加了2.9 倍和4.0 倍，實(shí)現(xiàn)了以清潔能源為主的調(diào)整，最大限度地降低廢氣量和污染物排放量;煤炭幾乎全用于除塵脫硫脫硝效率高的發(fā)電行業(yè)，使污染物減排最大化;加大再生和清潔能源的發(fā)電比例，最大限度地實(shí)現(xiàn)污染物和廢氣量減排;民眾和商業(yè)用能源均以清潔能源為主，最大限度地降低直排廢氣量和污染物排放量(表1)。而我國能源以煤炭為主(表2)，非電行業(yè)能耗占比第二，但污染物排放量占比最大，是我國污染控制重中之重;民用和商業(yè)能源以煤炭為主，雖占比低，但污染物排放比例較高(表3)。

圖2 中美兩國年平均降雨量分布示意［7-8］Fig.2 The average annual rainfall distribution map of China and the United States

表1 美國1949—2012年的能源消耗分配［5，9］Table 1 Energy consumption of the United States，1949-2012 108 t(以標(biāo)煤計(jì))

表2 中美兩國一次能源消費(fèi)率［4-5，9］Table 2 Percentage of primary energy consumption of China and the United States %

表3 不同單元污染物及廢氣排放量及所占比例［10］Table 3 Air pollutants emission，exhaust emission volume and its percentage in different units

1.2.2 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

1955—2012年間，美國進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)大調(diào)整，到2012年，第一、二、三產(chǎn)業(yè)占比調(diào)整到1%、19%、80%。美國還進(jìn)行了第二產(chǎn)業(yè)內(nèi)部小調(diào)整，如:1)將重污染源和部分重污染工藝外遷國外;2)電廠等污染源從重污染州外遷到周邊農(nóng)業(yè)州，最大限度地利用大氣容量;3)采用先進(jìn)工藝設(shè)備，降低上述全社會產(chǎn)生的廢氣量和污染物排放量。我國的產(chǎn)業(yè)比例與美國差異巨大(圖3)，而我國目前還不能采用大規(guī)模使用清潔能源和轉(zhuǎn)移污染企業(yè)達(dá)到減排廢氣量的方法。

圖3 2012年中美產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比較［11-12］Fig.3 Comparison of industrial structure between China and the United States，2012

1.2.3 污染物控制

在能源和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的基礎(chǔ)上，美國對污染源進(jìn)行適度的控制。對幾乎所有燃煤電廠采用了靜電或布袋除塵器;對80%和70%以上的火電廠進(jìn)行煙氣脫硫和脫硝;對汽車采用提高燃油標(biāo)準(zhǔn)和尾氣控制等。而我國盡管對電力行業(yè)污染物的控制最為嚴(yán)格，但其廢氣量占比僅為31%;非電行業(yè)盡管也進(jìn)行了污染物控制，但由于控制水平有限，污染物和廢氣排放量巨大;幾乎沒有對民用和商業(yè)排放的大氣污染物進(jìn)行控制;對汽車采用提高燃油標(biāo)準(zhǔn)和尾氣控制方面與美國仍有差距。

1.2.4 相應(yīng)的法律和標(biāo)準(zhǔn)

美國于1970年頒布實(shí)施《凈化空氣法》，1997年在全球首次將PM2.5納入空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)［14］，2010年美國近300 個大城市空氣中PM2.5年平均濃度值均不超過15 μg/m3。我國在2012年第三次修訂空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并增加了PM2.5限值，但由于歷史欠賬太多，空氣質(zhì)量未見根本好轉(zhuǎn)。造成我國除了煙塵排放量外，其他污染物排放量遠(yuǎn)高于美國大氣污染物排放量(表4)。

表4 2012年中美兩國主要大氣污染物排放量比較［10，13-14］Table 4 Comparison of the main air pollutants emission of China and the United States，2012

在采取上述4 個主要控制污染途徑基礎(chǔ)上，美國從20 世紀(jì)50年代開始，用了60年時(shí)間，通過控制廢氣量和污染物排放量(表5)，終于跨過了降低空氣中PM2.5濃度的門檻［10］。從表5 可知，美國通過控制廢氣量和污染物排放量，實(shí)現(xiàn)了控制灰霾的目標(biāo)。但我國由于地理氣候條件、產(chǎn)業(yè)區(qū)布局、能源結(jié)構(gòu)及使用方式具有先天劣勢，因此，要想實(shí)現(xiàn)控制灰霾目標(biāo)，除控制廢氣量外，還必須對污染物進(jìn)行比美國更嚴(yán)格的深度控制。我國目前還不能依靠大規(guī)模使用清潔能源和轉(zhuǎn)移污染企業(yè)達(dá)到減排廢氣量的目的，因此，仍面臨廢氣量和污染物減排雙重壓力，采用何種方式達(dá)到與美國污染源轉(zhuǎn)移有異曲同工的減排廢氣量和污染物效果，成為目前急需探索的課題。

表5 1975—2012年美國能耗及主要大氣污染物排放量［13］Table 5 Energy consumption of the United States and its main air pollutants emission，1975-2012

2 灰霾控制策略

在污染物排放總量上與美國的差異:1)我國產(chǎn)業(yè)布局不合理、氣候條件不利于污染物沉降和擴(kuò)散;2)能源、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源的使用不利于廢氣量和污染物減排;3)污染物控制水平不一;4)法律支持有待改進(jìn);5)控制污染物種類，注重污染物減排、輕廢氣量減排。上述分析認(rèn)為美國成功實(shí)現(xiàn)控制灰霾的實(shí)質(zhì)是廢氣量和污染物減排，在我國近期不能進(jìn)行大規(guī)模污染源轉(zhuǎn)移和能源與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整條件下，建議從下述幾個方面進(jìn)行污染減排，以期達(dá)到控制灰霾的目的。

(1)通過減排第二產(chǎn)業(yè)中非電行業(yè)廢氣量，解決我國產(chǎn)業(yè)布局不合理、氣候條件不利于污染物沉降和擴(kuò)散以及廢氣量排放大的問題。

(2)通過污染物深度控制技術(shù)解決我國以煤為主，污染物排放量大的問題。

(3)通過民用和商業(yè)爐灶廢氣量循環(huán)，降低廢氣和VOCs 排放量，部分解決我國此類部門廢氣直排污染大的問題。

(4)根據(jù)廢氣量和污染物深度控制要求，實(shí)現(xiàn)具有我國特色的管理和結(jié)構(gòu)減排創(chuàng)新，解決灰霾控制配套管理制度缺乏問題。

3 結(jié)論

灰霾日益成為我國城市新的大氣環(huán)境污染，也帶來了社會環(huán)境經(jīng)濟(jì)問題。通過比較分析中美兩國控制灰霾及污染物排放總量的差異，提出我國應(yīng)通過廢氣量減排和污染物深度控制及配套的管理設(shè)施控制灰霾的策略。在污染物排放總量方面遠(yuǎn)高于美國情況下，必須采取污染物深度控制技術(shù)和第二產(chǎn)業(yè)中非電行業(yè)廢氣量減排技術(shù)。建議根據(jù)非電行業(yè)廢氣的特性參數(shù)(廢氣成分、風(fēng)量、溫度、含氧量等)，推動冶金、水泥行業(yè)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)、設(shè)備間及企業(yè)間廢氣循環(huán)及梯度利用;推動其他行業(yè)(如電石、焦炭、電解鋁)與電力行業(yè)實(shí)行聯(lián)產(chǎn)，將其他行業(yè)產(chǎn)生的廢氣作為電廠燃煤鍋爐助燃熱空氣，利用電廠完善的大氣污染凈化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)廢氣量減排及污染物的脫除;通過上述措施推動我國環(huán)境管理體制的創(chuàng)新，為我國今后灰霾控制方向提供重要參考。

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